CN110454258A - 一种车用单缸柴油机排气消声器 - Google Patents

一种车用单缸柴油机排气消声器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种车用单缸柴油机排气消声器，壳体内依次纵向设置有第一穿孔板、隔板和第二穿孔板，第一穿孔板、隔板和第二穿孔板将壳体内相对的两端之间依次分隔为第一空腔、第二空腔、第三空腔和第四空腔，进气管自壳体一端的侧壁上穿入第一空腔，并抵于第一穿孔板上，排气管自壳体另一端的侧壁上穿入第四空腔，并抵于第二穿孔板上，插入管依次穿过隔板、第三空腔和第二穿孔板，插入管的一端位于第二空腔内，插入管的另一端位于第四空腔内，所述第一穿孔板上、第二穿孔板上、位于第一空腔内的进气管侧壁上和位于第四空腔内的排气管侧壁上均设置有通孔。本发明不仅消声效果好而且结构简单，便于生产和安装维护，适用于单缸柴油机的减振消声。

Description

一种车用单缸柴油机排气消声器
技术领域
本发明属于汽车排气消声器结构改进技术领域，特别涉及一种车用单缸柴油机排气消声器。
背景技术
汽车噪声中，排气噪声是汽车及其发动机的主要噪声源，它的噪声往往比发动机整机噪声(排气噪声除外)高10-15dB。柴油机工作时产生的噪声主要由燃烧噪声机械噪声和空气动力噪声组成，其中空气动力噪声中的排气噪声最为突出，降低排气噪声最简单最有效也是最重要的方法是采用排气消声器。为了尽可能的消除排气噪声必须设计出高性能的消声器。
发明内容
本发明提供一种车用单缸柴油机排气消声器，以解决现有技术中的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种车用单缸柴油机排气消声器，包括进气管1、排气管2、第一穿孔板3、隔板4、第二穿孔板5，若干个插入管6和一个中空的壳体11，壳体11内依次纵向设置有第一穿孔板3、隔板4和第二穿孔板5，第一穿孔板3、隔板4和第二穿孔板5将壳体11内相对的两端之间依次分隔为第一空腔7、第二空腔8、第三空腔9和第四空腔10，进气管1自壳体11一端的侧壁上穿入第一空腔7，并抵于第一穿孔板3上，排气管2自壳体11另一端的侧壁上穿入第四空腔10，并抵于第二穿孔板5上，插入管6依次穿过隔板4、第三空腔9和第二穿孔板5，插入管6的一端位于第二空腔8内，插入管6的另一端位于第四空腔10内，所述第一穿孔板3上、第二穿孔板5上、位于第一空腔7内的进气管1侧壁上和位于第四空腔10内的排气管2侧壁上均设置有通孔。
进一步地，所述插入管6为四个，四个插入管6均匀的排布于隔板4上排气管2外围的圆周上，相邻的插入管6间隔90°。
进一步地，所述进气管1和排气管2同轴设置。
进一步地，所述隔板4将壳体11内分隔为两个腔室，增加了腔室数目。
进一步地，第一穿孔板3上位于进气管1外的圆周上设置有若干圈等间距的通孔，第二穿孔板5上位于排气管2外的圆周上设置有若干圈等间距的通孔。
进一步地，位于第一空腔7内的进气管1侧壁上沿其圆周设置有若干圈等间距的通孔，位于第四空腔10内的排气管2侧壁上沿其圆周设置有若干圈等间距的通孔。
进一步地，所述第一穿孔板3上的通孔连通第一空腔7与第二空腔8；所述第二穿孔板5上的通孔连通第三空腔9与第四空腔10；位于第一空腔7内的进气管1侧壁上的通孔连通进气管1内与第一空腔7；位于第四空腔10内的排气管2侧壁上的通孔连通排气管2内与第四空腔10；所述插入管6连通第二空腔8和第四空腔10。
进一步地，进气管1首端至排气管2末端的长度为356mm，进气管1的长度为130mm，排气管2的长度为174mm，进气管1和排气管2的外径均为50mm，进气管1和排气管2的管壁厚度均为1mm，第一空腔7和第四空腔10的长度均为90mm，第二空腔8和第三空腔9的长度均为24mm，插入管6的长度为61.5mm，插入管6的内径为36mm，插入管6在第二空腔8内的长度为12mm，插入管6在第四空腔10内的长度为22.5mm，壳体11的内径为160mm，壳体11的壁厚为1mm，隔板4的厚度为2mm，第一穿孔板3和第二穿孔板5的厚度为1mm，通孔的孔径均为5mm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的适用于车用单缸柴油机排气消声器，该消声器在中间腔室采用隔板将中间腔一分为二，增加了消声器腔室的数量，有利于各个频率尤其是高频消声性能的提高。再采用插入管将分离开的前后腔室连接，保证了其流通性。本发明的车用柴油机排气消声器，不仅消声效果好而且结构简单，便于生产和安装维护，适用于单缸柴油机的减振消声。
附图说明
图1是本发明的正视截面图；
图2是本发明中一部分结构尺寸图；
图3是本发明中另一部分结构尺寸图；
图4(a)是空载怠速时，本发明中的消声器与现有技术中的消声器频谱对比图；
图4(b)是满载1600r/min时，本发明中的消声器与现有技术中的消声器频谱对比图；
图4(c)是满载2200r/min时，本发明中的消声器与现有技术中的消声器频谱对比图；
其中：1-进气管，2-排气管，3-第一穿孔板，4-隔板，5-第二穿孔板，6-插入管，7-第一空腔，8-第二空腔，9-第三空腔，10-第四空腔，11-壳体。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1-3所示，一种车用单缸柴油机排气消声器，包括进气管1、排气管2、第一穿孔板3、隔板4、第二穿孔板5，若干个圆柱形的插入管6和一个中空的圆柱形壳体11，所述进气管1和排气管2同轴设置，壳体11内依次纵向设置有第一穿孔板3、隔板4和第二穿孔板5，第一穿孔板3、隔板4和第二穿孔板5将壳体11内相对的两端之间依次分隔为第一空腔7、第二空腔8、第三空腔9和第四空腔10，进气管1自壳体11一端的侧壁上穿入第一空腔7，并抵于第一穿孔板3上，排气管2自壳体11另一端的侧壁上穿入第四空腔10，并抵于第二穿孔板5上，插入管6依次穿过隔板4、第三空腔9和第二穿孔板5，插入管6的一端位于第二空腔8内，插入管6的另一端位于第四空腔10内，所述第一穿孔板3上、第二穿孔板5上、位于第一空腔7内的进气管1侧壁上和位于第四空腔10内的排气管2侧壁上均设置有通孔。所述隔板4将壳体11内分隔为两个独立的腔室，增加了腔室数目。优选地，所述插入管6为四个，四个插入管6均匀的排布于隔板4上排气管2外围的圆周上，相邻的插入管6间隔90°。
壳体11为圆柱形结构，节省了整体的占用空间并保证了消声器的安装空间。进气管1和排气管2均采用了穿孔管结构，其各自所在的腔室也均采用了穿孔板结构与其他腔室隔开，保证了声音的流通与扩散。该消声器在中间腔室采用隔板将中间腔一分为二，增加了消声器腔室的数量，有利于各个频率尤其是高频消声性能的提高。再采用插入管将分离开的前后腔室连接，保证了其流通性。本发明的车用柴油机排气消声器，不仅消声效果好而且结构简单，便于生产和安装维护，适用于单缸柴油机的减振消声。
第一穿孔板3上位于进气管1外的圆周上设置有若干圈等间距的通孔，第二穿孔板5上位于排气管2外的圆周上设置有若干圈等间距的通孔；位于第一空腔7内的进气管1侧壁上沿其圆周设置有若干圈等间距的通孔，位于第四空腔10内的排气管2侧壁上沿其圆周设置有若干圈等间距的通孔；所述第一穿孔板3上的通孔连通第一空腔7与第二空腔8；所述第二穿孔板5上的通孔连通第三空腔9与第四空腔10；位于第一空腔7内的进气管1侧壁上的通孔连通进气管1内与第一空腔7；位于第四空腔10内的排气管2侧壁上的通孔连通排气管2内与第四空腔10；所述插入管6连通第二空腔8和第四空腔10。
进气管1首端至排气管2末端的长度为356mm，进气管1的长度为130mm，排气管2的长度为174mm，进气管1和排气管2的外径均为50mm，进气管1和排气管2的管壁厚度均为1mm，第一空腔7和第四空腔10的长度均为90mm，第二空腔8和第三空腔9的长度均为24mm，插入管6的长度为61.5mm，插入管6的内径为36mm，插入管6在第二空腔8内的长度为12mm，插入管6在第四空腔10内的长度为22.5mm，壳体11的内径为160mm，壳体11的壁厚为1mm，隔板4的厚度为2mm，第一穿孔板3和第二穿孔板5的厚度为1mm，通孔的孔径均为5mm。
本发明提出的排气消声器主要用于柴油发动机的降噪，故选择设计扩张比以及直径等合适的排气消声器，利用声音的扩散和损失已达到消声的目的，并对设计结构进行仿真运算，具体如下：
1.消声器扩张比的选择：单级扩张式消声器是最简单的消声结构，它的传递损失为：
式中，m为扩张比，m＝R2/r1 2；R为扩张室半径；L为扩张室长度；r1为进气管的半径；k为波数，π为圆周率，波数k由声波频率λ决定。
当kL是的奇数倍时，sin(kL)＝1，消声量取最大值，即：
与最大消声量TLmax相对应的频率称为峰值频率。
当m较小时，消声量相当小；当m变大，消声量近似以m值的对数规律逐渐变大。扩张比增大，消声量也随之增大。为了增大低频的消声量，需要增加扩张比。但在实际问题中，因为受到客观条件的限制，扩张比并不是越大越好，一般取9<m<16，最大不超过20，最小不小于5。本发明所选取的扩张室半径R＝80mm，入口管半径r1＝25mm，扩张比m＝R2/r1 2＝10.24，符合要求。
2.消声器长径比的选择：长径比是消声器的长度与直径的比值。消声器长径比L/D越大，扩张比越小，消声量越小，高频消声效果差，低频的好一些。反之，L/D越小，低频消声效果差，但高频消声效果要比较好一些。因此，一般情况下，L/D＝1.5～8。本发明的消声器的长L＝356mm，直径D＝160mm，长径比为2.225，达到要求。
3.消声器结构设计：根据规定的设计要求限制和减振理论，进行排气消声器的结构方案设计。设计内部结构尺寸如图2和3所示，其设计参数为：
进气管1首端至排气管2末端的长度为356mm，进气管1的长度为130mm，排气管2的长度为174mm，进气管1和排气管2的外径均为50mm，进气管1和排气管2的管壁厚度均为1mm，第一空腔7和第四空腔10的长度均为90mm，第二空腔8和第三空腔9的长度均为24mm，插入管6的长度为61.5mm，插入管6的内径为36mm，插入管6在第二空腔8内的长度为12mm，插入管6在第四空腔10内的长度为22.5mm，壳体11的内径为160mm，壳体11的壁厚为1mm，隔板4的厚度为2mm，第一穿孔板3和第二穿孔板5的厚度为1mm，通孔的孔径均为5mm。
4.试验验证
排气消声器声学测点布置参考JB/T 5081—2008。传声器在试验过程中距离排气口和地面的距离均为0.5m，与排气口的气流轴向成45°方向。试验时的环境噪声为68.05dB(A)，风速小于1.5m/s，满足测试环境的要求。
试验是在发动机空载怠速以及满载状态下测量的，其中：满载转速分别为1600r/min和2200r/min。各消声器在测点位置声压级，如表1所示。对比安装前后以及优化前后消声器噪声可以发现，安装消声器后，排气噪声得到了明显的降低，尤其在是1600r/min和2200r/min时，分别达到了19.39dB(A)和18.41dB(A)。优化后的消声器在原消声器基础之上取得了更进一步的消声效果，在2200r/min时达到了22.03dB(A)，比原消声器降低了3.62dB(A)，在1600r/min和怠速状态下也分别达到了23.43dB(A)和2.85dB(A)，同样也比原消声器分别降低了4.04dB(A)和1.7dB(A)。
表1消声器优化前后在测点位置噪声等效A计权声压级dB(A)
转速 不装消声器 原消声器 优化后消声器
空载怠速 78.64 77.49 75.79
满载1600r/min 116.07 96.68 92.64
满载2200r/min 116.69 98.28 94.66
参考JB/T 5081—2008中小功率柴油机排气消声器，其插入损失和功率损失比应满足表2中所述的要求。测试消声器性能指标的EH24G单缸柴油机，额定功率/转速分别为：16.6kW/2200rpm。测得安装消声器之后功率为16.1kW，计算功率损失为3.36％，其消声量在标况下达到22.03dB(A)，满足IV类消声器的标准。
表2插入损失和功率损失比限值
由量数据可得消声器与发动机频谱对比如图4(a)、4(b)和4(c)所示。由于测得的排气噪声能量主要集中在4000Hz以内，因此只对4000Hz以内的排气噪声特性进行分析。
从对比分析可得，各消声器在各转速大部分频率下均能有效降低排气噪声，尤其是高频噪声。优化后消声器在各频段频谱明显降低，降噪效果优于原消声器。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种车用单缸柴油机排气消声器，其特征在于：包括进气管（1）、排气管（2）、第一穿孔板（3）、隔板（4）、第二穿孔板（5），若干个插入管（6）和一个中空的壳体（11），壳体（11）内依次纵向设置有第一穿孔板（3）、隔板（4）和第二穿孔板（5），第一穿孔板（3）、隔板（4）和第二穿孔板（5）将壳体（11）内相对的两端之间依次分隔为第一空腔（7）、第二空腔（8）、第三空腔（9）和第四空腔（10），进气管（1）自壳体（11）一端的侧壁上穿入第一空腔（7），并抵于第一穿孔板（3）上，排气管（2）自壳体（11）另一端的侧壁上穿入第四空腔（10），并抵于第二穿孔板（5）上，插入管（6）依次穿过隔板（4）、第三空腔（9）和第二穿孔板（5），插入管（6）的一端位于第二空腔（8）内，插入管（6）的另一端位于第四空腔（10）内，所述第一穿孔板（3）上、第二穿孔板（5）上、位于第一空腔（7）内的进气管（1）侧壁上和位于第四空腔（10）内的排气管（2）侧壁上均设置有通孔。
2.根据权利要求1所述的车用单缸柴油机排气消声器，其特征在于：所述插入管（6）为四个，四个插入管（6）均匀的排布于隔板（4）上排气管（2）外围的圆周上，相邻的插入管（6）间隔90°。
3.根据权利要求1所述的车用单缸柴油机排气消声器，其特征在于：所述进气管（1）和排气管（2）同轴设置。
4.根据权利要求1所述的车用单缸柴油机排气消声器，其特征在于：所述隔板（4）将壳体（11）内分隔为两个腔室，增加了腔室数目。
5.根据权利要求1所述的车用单缸柴油机排气消声器，其特征在于：第一穿孔板（3）上位于进气管（1）外的圆周上设置有若干圈等间距的通孔，第二穿孔板（5）上位于排气管（2）外的圆周上设置有若干圈等间距的通孔。
6.根据权利要求5所述的车用单缸柴油机排气消声器，其特征在于：位于第一空腔（7）内的进气管（1）侧壁上沿其圆周设置有若干圈等间距的通孔，位于第四空腔（10）内的排气管（2）侧壁上沿其圆周设置有若干圈等间距的通孔。
7.根据权利要求6所述的车用单缸柴油机排气消声器，其特征在于：所述第一穿孔板（3）上的通孔连通第一空腔（7）与第二空腔（8）；所述第二穿孔板（5）上的通孔连通第三空腔（9）与第四空腔（10）；位于第一空腔（7）内的进气管（1）侧壁上的通孔连通进气管（1）内与第一空腔（7）；位于第四空腔（10）内的排气管（2）侧壁上的通孔连通排气管（2）内与第四空腔（10）；所述插入管（6）连通第二空腔（8）和第四空腔（10）。
8.根据权利要求1所述的车用单缸柴油机排气消声器，其特征在于：进气管（1）首端至排气管（2）末端的长度为356mm，进气管（1）的长度为130mm，排气管（2）的长度为174mm，进气管（1）和排气管（2）的外径均为50mm，进气管（1）和排气管（2）的管壁厚度均为1mm，第一空腔（7）和第四空腔（10）的长度均为90mm，第二空腔（8）和第三空腔（9）的长度均为24mm，插入管（6）的长度为61.5mm，插入管（6）的内径为36mm，插入管（6）在第二空腔（8）内的长度为12mm，插入管（6）在第四空腔（10）内的长度为22.5mm，壳体（11）的内径为160 mm，壳体（11）的壁厚为1 mm，隔板（4）的厚度为2mm，第一穿孔板（3）和第二穿孔板（5）的厚度为1mm，通孔的孔径均为5mm。
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